基于Mastercam的車削中心數(shù)控加工

黎泉 陸正杰 廖樹德

河池學(xué)院物理與機電工程學(xué)院，廣西 宜州，546300

1 車削中心加工概述

車削中心是以車床為基本體，并在其基礎(chǔ)上進一步增加動力銑、鉆、鏜，以及副主軸的功能，車削中心比數(shù)控車床工藝范圍寬，工件一次安裝，幾乎能完成所有表面的加工，如內(nèi)/外圓表面、端面、溝槽、內(nèi)/外圓及端面上的螺旋槽、非回轉(zhuǎn)軸心線上的軸向孔、徑向孔等。

車削中心在直角坐標(biāo)X軸、Z軸的基礎(chǔ)上，增設(shè)了旋轉(zhuǎn)軸C軸，利用數(shù)控系統(tǒng)提供的極坐標(biāo)插補功能和圓柱插補功能，將回轉(zhuǎn)體類工件的內(nèi)外輪廓及等分孔、螺旋槽和鍵槽等在一次裝夾后連續(xù)加工完成，工序集中，保證了工件的定位精度和加工精度。圖1為蠶種催青架機械結(jié)構(gòu)中減速箱的齒輪軸，從圖中可以看出，齒輪軸上有一個鍵槽，普通的數(shù)控車床只能完成外圓的粗加工和精加工，而無法完成鍵槽的加工，需要拆卸后重新裝夾到銑床進行加工方能完成，而利用車削中心，可在完成齒輪軸外圓的粗/精加工后，連續(xù)完成鍵槽的加工，縮減了裝拆的工序及工時，同時也消除再次裝夾導(dǎo)致的定位誤差和加工誤差。

圖1 齒輪軸實體模型

2 Mastercam的車銑復(fù)合功能

2.1 Mastercam工作流程

Mastercam為CAD/CAM混合系統(tǒng)，集二維繪圖、三維造型、曲面設(shè)計、刀路模擬、實體加工驗證等功能于一身，并可導(dǎo)入其他二維或三維設(shè)計軟件的IGES圖形，如UG、PROE、CATIA等軟件生成的二維線框模型、三維線框模型、三維表面模型、三維實體模型、技術(shù)圖樣模型等，皆可用Mastercam打開并進行數(shù)控自動編程，輕松實現(xiàn)多軟件間的混合設(shè)計與編程。Mastercam的工作流程如下：

1）建立被加工零件的幾何模型；

2）根據(jù)工藝要求，生成刀具路徑；

3）通過仿真加工或?qū)嶓w加工驗證進行加工優(yōu)化；

4）用后置處理生成與所用機床匹配的NC代碼。

2.2 Mastercam的車銑復(fù)合功能

Mastercam X4版本包含五個功能模塊，分別為銑削、車削、線切割、雕刻、設(shè)計等，本次加工的齒輪軸先用設(shè)計模塊建立幾何模型，再用車削模塊生成刀具路徑。車削模塊除了具有普通數(shù)控車床加工的內(nèi)/外圓柱面、錐面、圓弧面、螺紋等的粗/精車，鉆孔、鏜孔、攻絲等功能外，還具有C軸刀具路徑功能。C軸刀具路徑主要包括：端面外形、斷面外形、C軸外形、端面鉆孔、斷面鉆孔、C軸鉆孔，C軸刀具路徑的選擇步驟如圖2所示。

圖2 C軸刀具路徑的選擇

3 加工分析

3.1 工藝分析

圖3為所要加工的齒輪軸，該工件的型面主要包括端面、外圓、階梯面、鍵槽等。

圖3 齒輪軸

根據(jù)工件特點，采用Mastercam進行自動編程，其工藝流程如下。

1）粗、精車右邊外圓、臺階面（刀具路徑為粗、精車）；

2）粗、精車左邊外圓、臺階面（刀具路徑為粗、精車）；

3）銑鍵槽（刀具路徑為斷面外形）。

3.2 Mastercam系統(tǒng)加工綜述

3.2.1 設(shè)計工件的加工模型

這項工作是在Mastercam的設(shè)計模塊完成的，根據(jù)圖3的工件圖樣要求，進行基本的二維圖形構(gòu)建、編輯、修改，之后進行三維曲面的構(gòu)建及實體模型的繪制等操作，工件的加工模型的三維線架模型如圖4所示。

圖4 工件三維線架模型

3.2.2 刀具設(shè)置

Mastercam的系統(tǒng)刀庫中擁有多種類型和型號的刀具，如外圓車刀、切槽刀、螺紋刀、中心鉆、平底銑刀、面銑刀等，用戶可直接調(diào)用系統(tǒng)刀庫里面的刀具，若系統(tǒng)刀具庫中的刀具尺寸不滿足要求，用戶可自定義刀具的各種尺寸并保存于系統(tǒng)刀具庫中，如圖5所示為設(shè)置平底銑刀的對話框。

圖5 平底銑刀設(shè)置對話框

3.2.3 生成刀具路徑軌跡

在完成刀具的設(shè)置后，進行工件的加工參數(shù)設(shè)置，規(guī)劃刀具路徑。如圖6所示為銑鍵槽所選的C軸斷面外形的參數(shù)設(shè)置對話框，切削參數(shù)中可設(shè)置補正類型、補正方向、外形銑類型等參數(shù)，共同參數(shù)可設(shè)置安全高度、參考高度、工件表面、切削深度等參數(shù)。

圖6 參數(shù)設(shè)置對話框

當(dāng)所有的參數(shù)設(shè)定好之后，點擊確定按鈕，系統(tǒng)會自動計算刀具路徑軌跡，生成的刀具路徑軌跡如圖7所示。

圖7 刀具路徑軌跡

3.2.4 刀具路徑驗證

刀具路徑的檢驗包括兩個部分，分別為刀具路徑模擬和實體加工驗證，在Mastercam的主界面中，單擊操作管理器中的 按鈕，進入刀具路徑模擬界面，用戶可觀察刀具的走刀路徑是否滿足要求、是否發(fā)生干涉等，可隨時更改刀具參數(shù)和切削參數(shù)，系統(tǒng)會重新計算并生成參數(shù)修改后的刀具路徑。單擊 進入實體加工驗證界面，加工過程的實體模擬仿真如圖8a-圖8c所示。

圖8 刀具路徑檢驗

3.2.5 后置處理

系統(tǒng)自動生成的刀具路徑軌跡是以一種標(biāo)準(zhǔn)的刀位軌跡文件即NCI文件的形式保存在計算機中，NCI文件存放了關(guān)于刀具、工藝參數(shù)、加工路徑等一些格式固定的數(shù)據(jù)。NC程序的生成需要由后處理器讀取NCI文件中的數(shù)據(jù)，根據(jù)選用的機床數(shù)控系統(tǒng)后置處理文件的要求，生成適用于數(shù)控加工機床用的NC程序。加工齒輪軸的數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)為Fanuc數(shù)控系統(tǒng)，在Mastercam中選用MPFAN.PST后處理程式，生成的NC程序如下：

%

O0000

G21

(TOOL - 1 OFFSET - 1)

(OD ROUGH RIGHT - 80 DEG. INSERT -CNMG 120408 )

G0 T0101

G18

G97 S2110 M03

G0 G54 X41.483 Z132.5

G50 S3600

G96 S275

G99 G1 Z130.5 F.25

Z54.2

……

X31.064 Z62.879 C-183.665 F215.7

Z62.94 C-183.685 F125.5

Z63. C-183.691 F38.2

G0 X50.04 C-182.291

X300.007 C-180.382

X500. Z-200. C-126.87

G28 U0. V0. W0. H0. M55

T21900

M30

%

4 結(jié)語

隨著我國制造業(yè)整體水平的逐步提升，車銑復(fù)合加工設(shè)備被越來越多應(yīng)用與生產(chǎn)制造當(dāng)中，對一些復(fù)雜的工件，采用普通數(shù)控車床、銑床需多次裝夾方能完成，用車削中心可一次裝夾完成所有的工序，保證了工件的定位精度和加工精度，也縮減了裝拆的工序及工時。在車削中心加工該類工件時，手工編程較繁瑣，數(shù)控程序開發(fā)周期較長，不利于降低生產(chǎn)成本，Mastercam的自動編程將數(shù)控程序開發(fā)周期縮短，其C軸刀具路徑功能將車削和銑削的工序集成開發(fā)，有利于優(yōu)化程序及加工，充分發(fā)揮車削中心的優(yōu)勢。

[1]王黎明. 基于Mastercam平臺的數(shù)控加工[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程,2008,15 (8): 4308-4311

[2]佛新崗.基于MasterCAM的數(shù)控加工零件尺寸精度控制研究[J]. 組合機床與自動化加工技術(shù), 2012, 1: 99-102

[3]楊樹財. 基于Pro_E和MasterCAM的注塑模設(shè)計與加工[J]. 模具技術(shù), 2010, 1: 40-63.